부산대학교 - 능동소음제어(active noise controller) 방법을 이용한 방음기 시뮬레이션 구현

Author(s):
백경동 석사과정 - 부산대학교 전기공학과

Industry:
Electromechanics/ Electrotechnics

Products:
LabVIEW

The Challenge:
이번 솔루션은 시스템적인 시간 지연을 Hilbert Fuction을 이용하여 오차를 줄일 수 있다는 것을 시뮬레이션을 통해 증명하고자 하였다.

The Solution:
단일 센서를 이용한 능동소음제어 방법을 기초로 하여, 녹음된 소음원과 Hilbert Transform Fuction을 통과한 2차 음원과의 위상차를 이용하여 이상적인 능동소음제어 시뮬레이션 시스템을 구축하였다.

요약 :
소음은 쾌적한 환경을 저해하는 가장 큰 장애물이 되고 있다. 특히, 엔진이나 팬과 같은 회전체를 가진 자동차, 여객선, 여객기, 컴퓨터 등에서 발생하는 소음은 저주파 대역의 신호로 사람의 집중력을 흩트려놓기 쉽다. 본 어플리케이션은 단일 센서를 이용한 능동소음제어 방법을 기초로 하여, 녹음된 소음원과 Hilbert Transform Fuction을 통과한 2차 음원과의 위상차를 이용하여 이상적인 능동소음제어 시뮬레이션 시스템을 구축하였다.

개발 배경 :
1. 능동소음제어는 일반적으로 스피커와 마이크의 전달 특성이 이상적이지 못해 2차 상쇄음원의 신호를 왜곡시키며, 이것은 능동소음 제어기의 성능저하로 이어진다. 이번 솔루션은 시스템적인 시간 지연을 Hilbert Fuction을 이용하여 오차를 줄일 수 있다는 것을 시뮬레이션을 통해 증명하고자 하였다.

그림 1. 단일 센서 능동 소음 제어 시스템

2. 이전에 사용한 개발 어플리케이션은 Visual C++ 과 MATLAB이었다. 능동소음제어 시뮬레이션 시스템을 사용자 편의에 맞춰서 만드는데 Visual C++은 GUI 구성시 어려움이 있었으며, MATLAB의 경우 소리를 들으면서 파형을 살펴볼 수 없었다. 그러나 LabVIEW를 도입하자 GUI 개발시간을 단축할 수 있었고, 사용자 정의 프로그램 작성이 용이하였으며, 소리를 들으면서 파형을 분석할 수 있었다.

본론 :

하드웨어
각각의 스피커에서 소음원과 소음원과 위상차 180 의 2차 음원이 출력된다. 입력은 터치패드를 통해 Hilbert Method와 Inverse Method 단자를 선택하여 변하는 음원을 들을 수 있다.

그림 2. 어플리케이션 구성도 및 실제 하드웨어

소프트웨어
그림 3은 System Configuration 부분으로 녹음된 소음원의 File Path, Error를 Detect 할 마이크의 Sampling Rate와 채널 수, 샘플당 비트를 설정하도록 하였다.

그림 3. System configuration 부분

그림 4는 Analysis 부분으로 소음원 주파수 특성을 볼 수 있는 Wave-Graph 와 능동소음제어를 위한 2차 음원 생성 방법을 선택할 수 있게 Hilbert Method 와 Invers Method 버튼을 달았다.

그림 4. Signal analysis과 알고리즘 선택 부분

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점 :
고차항의 주소음도 Hilbert Transform으로 주소음을 상쇄시킬 수 있다는 생각을 시작으로 LabVIEW를 이용해 구현하였다. LabVIEW가 그래픽 기반으로 프로그래밍 할 수 있어서 소음음향분석에 많은 시간을 절약할 수 있었다. 또한 많은 신호 처리 함수들이 다수 있다는 점과 각 함수에 대한 자세한 설명은 어플리케이션 작성에 많은 도움이 되었다.

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백경동 석사과정
부산대학교 전기공학과

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